一種防止鋰亞電池鈍化的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種防止鋰亞電池鈍化的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國網(wǎng)智能電表具有雙向多種費率計量、定時凍結(jié)、負荷記錄和停電LCD顯示等功能，這些功能都是建立在準確計時的基礎(chǔ)上的，而準確計時又離不開停電時時鐘電池的正常供電。目前國內(nèi)智能電表中使用的時鐘電池主要是鋰氬硫酰氯電池(以下簡稱鋰亞電池)，該種電池雖然具有能量密度高、自放電率低和儲存壽命長等優(yōu)點，但同時也具有電壓滯后的缺點。
[0003]鋰亞電池是由一種強氧化性的化學物質(zhì)亞硫酰氯電解液構(gòu)成的，這種化學物質(zhì)同時起到了電解液和電池正極活性物質(zhì)的作用，亞硫酰氯與負極的活性物質(zhì)金屬鋰接觸后，在金屬鋰表面上立即形成一層致密的鈍化膜。這層鈍化膜是一種離子導(dǎo)體，鋰離子能夠在鈍化膜中迀移，但由于其迀移的速率很小，因此會阻擋鋰亞電池進行反應(yīng)。當鋰亞電池中流過的電流小于或等于I μ A/cm2 (金屬鋰表面積)時，鈍化膜中鋰離子的迀移速率能夠滿足要求；當電流較大時，鈍化膜中鋰離子的迀移速率就會受到嚴重影響，鈍化膜兩端會產(chǎn)生很大的電壓降，此時具體表現(xiàn)就是電池負載電壓低；隨著電流的不斷流過，鈍化膜逐漸破裂，鈍化膜兩端的壓降逐漸下降，電池的負載電壓逐漸上升直至正常。鈍化膜的逐漸破裂過程就是電池電壓滯后的消除過程，即鈍化電池的激活過程。當電池長期處于微小電流放電或貯存情況下，電池的鈍化膜會逐漸加厚，電池的電壓滯后也會加重，嚴重時最低電壓會降到2V甚至更低，此時就會影響智能電表的使用。如果在電路上未采取措施，就會由于瞬間電壓太低，造成智能電表等儀器不能正常使用。
[0004]在智能電表行業(yè)中，電池導(dǎo)致的故障現(xiàn)象五花八門，而電池的故障主要是電池電壓滯后所致，電池電壓滯后是由于電極表面生成鈍化膜，電壓滯后引起欠壓，欠壓會導(dǎo)致智能電表的分時、階梯計費以及凍結(jié)等功能都不能正常實現(xiàn)，造成智能電表的嚴重故障。因此，電池能長時間小電流正常放電，且不會引起電壓滯后是保證智能表正常運行的重要條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種防止鋰亞電池鈍化的系統(tǒng)和方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種防止鋰亞電池鈍化的系統(tǒng)包括電源、單片機、脈沖寬度調(diào)節(jié)電路和溫度檢測電路；所述電源包括第一電源和第二電源鋰亞電池，所述第一電源為所述單片機、所述脈沖寬度調(diào)節(jié)電路和所述溫度檢測電路供電；所述脈沖寬度調(diào)節(jié)電路和溫度檢測電路均與所述單片機連接，所述脈沖寬度調(diào)節(jié)電路將所述鋰亞電池的輸出電壓傳輸至所述單片機，單片機通過控制所述脈沖寬度調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)所述鋰亞電池的放電電流；所述溫度檢測電路將檢測到的智能表內(nèi)部的溫度傳輸至所述單片機，所述單片機選擇所述鋰亞電池的激活方式。
[0007]進一步地，所述脈沖寬度調(diào)節(jié)電路包括開關(guān)二極管、第一和第二電容、第一和第二雙開關(guān)二極管以及第一至第三電阻；所述第一電源與所述開關(guān)二極管的正極連接，所述開關(guān)二極管的負極通過所述第一電容接地，所述開關(guān)二極管的負極與所述第一雙開關(guān)二極管的第一陽極連接，所述第一雙開關(guān)二極管的陰極通過所述第二電容接地；所述第一雙開關(guān)二極管的第二陽極與所述鋰亞電池的正極連接，所述鋰亞電池的負極接地；所述第一雙開關(guān)二極管的第二陽極通過所述第一電阻與所述第二雙開關(guān)二極管的第一陽極連接，所述第二雙開關(guān)二極管的第二陽極與所述單片機的管腳BAT-V連接，且通過所述第二電阻與所述VCC連接，所述第二雙開關(guān)二極管的陰極與所述單片機的管腳IRVCl連接，并通過所述第三電阻與所述單片機的管腳IRVC2連接；所述鋰亞電池的電壓通過所述管腳BAT-V傳輸至所述單片機，所述單片機通過所述管腳IRVCl和IRVC2對所述鋰亞電池進行不同方式的放電。
[0008]進一步地，所述溫度檢測電路包括第四電阻、熱敏電阻和第三電容；所述第四電阻和熱敏電阻串聯(lián)在所述VCC與地之間，所述第三電容與熱敏電阻并聯(lián)，所述熱敏電阻與第四電阻連接的一端與所述單片機的管腳TEMP連接；所述溫度檢測電路通過所述管腳TEMP將檢測到的智能表的內(nèi)部溫度傳輸至所述單片機。
[0009]優(yōu)選地，所述單片機采用型號為C8051F310的芯片。
[0010]一種基于所述系統(tǒng)的防止鋰亞電池鈍化的方法，其包括以下步驟:1)第一電源為智能表系統(tǒng)提供電源，在第一電源正常供電的情況下，單片機通過BAT-V管腳對鋰亞電池的輸出電壓進行檢測；2)單片機根據(jù)得到的鋰亞電池電壓值和電池鈍化的檢測原理，判斷鋰亞電池當前是否需要進行激活處理；當鋰亞電池的當前電壓低于3V時，通過1mA大電流放電對鋰亞電池進行激活；3)溫度檢測電路實時檢測智能表的內(nèi)部溫度，并將檢測到的溫度值通過TEPM端口傳輸至單片機，單片機根據(jù)接收到的溫度值選取激活放電方式；當環(huán)境溫度高于60°C時，對鋰亞電池進行放電激活時采用1mA脈沖大電流激活方式；當環(huán)境溫度在-20°C?60°C范圍內(nèi)時，采用1mA脈沖大電流和5mA脈沖小電流輪流放電的激活方式；當環(huán)境溫度低于_20°C時，采用5mA脈沖小電流激活方式。
[0011]進一步地，所述步驟I)中，單片機通過BAT-V管腳對鋰亞電池的輸出電壓進行檢測，其具體過程為:(I)單片機將管腳IRVCl置低，并持續(xù)10ms，管腳IRVCl置低使得鋰亞電池與第一電阻和第三電阻串聯(lián)，第一電阻和第三電阻的阻值均為300Ω，考慮第二雙開關(guān)二極管上的管壓降，鋰亞電池的放電電流為5mA，S卩小電流放電；(2)在鋰亞電池小電流放電期間，鋰亞電池的電壓通過管腳BAT-V傳輸至單片機，單片機對接收到的電壓模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)化和計算后得到鋰亞電池的電壓值。
[0012]進一步地，所述步驟3)中，1mA脈沖大電流激活方式的具體過程為:在Is的時間周期內(nèi)，單片機先將管腳IRVC2置低，鋰亞電池進行1mA放電，放電持續(xù)500ms ;單片機再將管腳IRVC2置高，鋰亞電池停止放電，停止放電500ms ;這種放電和停止放電的狀態(tài)持續(xù)
5s0
[0013]進一步地，所述步驟3)中，1mA脈沖大電流和5mA脈沖小電流輪流放電的激活方式的具體過程為:在第一個Is的時間周期內(nèi)，單片機先將管腳IRVCl置低，鋰亞電池進行5mA放電，放電持續(xù)500ms ;單片機再將管腳IRVCl置高，鋰亞電池停止放電，停止放電500ms ;在第二個Is的時間周期內(nèi)，單片機先將管腳IRVC2置低，鋰亞電池進行1mA放電，放電持續(xù)500ms ;單片機再將管腳IRVC2置高，鋰亞電池停止放電，停止放電500ms ;第一個Is和第二個Is作為一個周期，循環(huán)兩次；單片機再將管腳IRVCl置低，鋰亞電池進行5mA放電，放電持續(xù)500ms結(jié)束。
[0014]進一步地，所述步驟3)中，5mA脈沖小電流激活方式的具體過程為:在Is的時間周期內(nèi)，單片機先將管腳IRVCl置低，鋰亞電池進行5mA放電，放電持續(xù)500ms ;單片機再將管腳IRVCl置高，鋰亞電池停止放電，停止放電500ms ;這種放電和停止放電的狀態(tài)持續(xù)6s。
[0015]由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明通過對鋰亞電池的不間斷定時放電，能夠緩解或避免鈍化膜的生成，從而避免了鋰亞電池有電放不出的現(xiàn)象，進一步保證智能表的正常運行。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明防止鋰亞電池鈍化的系統(tǒng)的電路原理圖；
[0017]圖2是對鋰亞電池進行激活時所采用的脈沖電流的示意圖；其中，圖(a)是采用1mA脈沖大電流激活方式時脈沖電流的形式；圖(b)是采用1mA脈沖大電流和5mA脈沖小電流輪流放電激活方式時脈沖電流的形式；圖(c)是采用5mA脈沖小電流激活方式時脈沖電流的形式。
[0018]圖中:1、單片機；2、脈沖寬度調(diào)節(jié)電路；3、溫度檢測電路。
【具體實施方式】
[0019]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種防止鋰亞電池鈍化的系統(tǒng)，其包括電源、單片機1、脈沖寬度調(diào)節(jié)電路2和溫度檢測電路3。其中，電源包括第一電源VCH和第二電源鋰亞電池BATl，VCC由第一電源VCH提供，其為單片機1、脈沖寬度調(diào)節(jié)電路2和溫度檢測電路3供電。脈沖寬度調(diào)節(jié)電路2和溫度檢測電路3均與單片機I連接，脈沖寬度調(diào)節(jié)電路2將鋰亞電池BATl的輸出電壓傳輸至單片機1，單片機I根據(jù)接收到的電壓值通過控制脈沖寬度調(diào)節(jié)電路2，調(diào)節(jié)鋰亞電池BATl的放電電流。溫度檢測電路3將檢測到的智能表內(nèi)部的溫度傳輸至單片機1，單片機I根據(jù)接收到的溫度值選擇鋰亞電池的激活方式。通過對鋰亞電池的不間斷定時放電，能夠緩解或避免鈍化膜的生成。
[0020]脈沖寬度調(diào)節(jié)電路2包括開關(guān)二極管D、第一電容Cl、第二電容C2、第一雙開關(guān)二極管Dl、第一電阻Rl、第二雙開關(guān)二極管D2、第二電阻R2和第三電阻R3。第一電源VCH與開關(guān)二極管D的正極連接，開關(guān)二極管D的負極通過第一電容Cl接地，開關(guān)二極管D的負極與第一雙開關(guān)二極管Dl的第一陽極連接，第一雙開關(guān)二極管Dl的陰極通過第二電容C2與地連接。
[0021]第一雙開關(guān)二極管Dl的第二陽極與鋰亞電池BATl的正極連接，鋰亞電池BATl的負極接地。
[0022]第一雙開關(guān)二極管Dl的第二陽極通過第一電阻Rl與第二雙開關(guān)二極管D2的第一陽極連接，第二雙開關(guān)二極管D2的第二陽極與單片機I的管腳BAT-V連接，且通過第二電阻R2與VCC連接，第二雙開關(guān)二極管D2的陰極與單片機I的管腳IRVCl連接，并通過第三電阻R3與單片機I的管腳IRVC2連接。鋰亞電池BATl的電壓通過管腳BAT-V傳輸至單片機1，單片機I通過管腳IRVCl和IRVC2對鋰亞電池BATl進行不同方式的放電。單片機I通過SPI或1接口與外部設(shè)備進行通信，單片機I把接收到的鋰亞電池電壓或判斷得出的鋰亞電池的狀態(tài)參數(shù)通過SPI或1接口傳輸至外部設(shè)備。
[0023]溫度檢測電路3包括第四電阻R4、熱敏電阻RTl和第三電容C3。第四電阻R4和熱敏電阻RTl串聯(lián)在VCC與地之間，第三電容C3與熱敏電阻RTl并聯(lián)。熱敏電阻RTl與第四電阻R4連接的一端與單片機I的管腳TEMP連接。溫度檢測電路3通過管腳TEMP將檢測到的智能表的內(nèi)部溫度傳輸至單片機I。
[0024]進一步地，第一雙開關(guān)二極管Dl的陰極可以作為智能表內(nèi)例如時鐘芯片等要求不間斷供電器件的供電接口。
[0025]在一個優(yōu)選的實施例中，單片機I采用型號為C8051F310的芯片，該芯片具有以下特點:多達17